无本振全光波形产生的关键技术研究

The optical clock and arbitrary waveform generation by pure optical way is very important in optical communication,optical measurement and optical sensor network. According to these appliction requirments,a set of new idea and method for all-optical clock,optical frequency combs and arbitrary waveform generation is proposed in this project. In this reasearch work, the mechanism of optical mode locking,the injection-locking in semiconductor laser and optical phase control will be carried out. In the secheme of all-optical clock generation, the modes in an all-optical oscillation loop are locked by optical feed-back, which is avoided the optical-electrical-optical transform in conventional configration.The complexity and cost is greatly decreased.Aimed to the two key functions of spectrum lines separation and precise phase control for a optical spectrum combs, a spectrum lines separation based on semiconductor laser diode injection locking is employed, and the spectrum line phase operation is realized by PZT controlled space shift, which greatly decrease the requirment of wavelength matching, optical path adjusting with good tunability. In addition, the phase can be adjusted by the precision of one degree, which can perfectly complement the operation demaind. Base on this project, an all-optical arbitrary waveform generation system with bandwidth of 50 GHz can be achieved.The research results has good significant and can powerfully improve the optical information technology.

用纯光学的方法获得任意所需的光学波形在光通信、光学测量和光传感技术中具有重要作用。本项目针对这一需求，提出了一套从全光光学梳状谱线产生进而通过谱线操控获得光学任意波形的新思路和新方法。项目将在光学锁模机理、激光器的注入锁定过程和光场相位控制方面开展工作，分析一种光学自反馈的全光振荡环路结构并用于产生初始光时钟信号并进而获得光学梳状谱线。它避免了传统方法中的光/电/光转换环节，极大的降低了系统的复杂性和成本。针对谱线分离和精确操控两个核心，提出基于半导体激光注入锁定的谱线分离方法和采用压电陶瓷（PZT）的空间位移谱线相位控制方法，可极大地降低波长对准要求、光路调节难度并在可调谐性方面具有极大的优势。此外，在谱线控制的相位精度方面可以以度为单位进行调节，能很好地执行任意光学波形产生的要求。项目将获得一套带宽50GHz的全光任意波形产生系统，其研究成果具有普遍意义，将有力推动光学信息技术的发展。

随着信息社会的发展，函数波形的应用已经吸引了国内外众多研究学者的广泛关注。由于传统实现函数波形的产生主要是基于电子学技术，其性能会受限于电子器件的“电子瓶颈”问题，以至于无法适应宽带无线通信、雷达等高频率、大带宽波形的应用需求。微波光子技术作为一种新兴技术，其优势在于具有大带宽、低损耗、以及抗电磁干扰强等特点，因此研究基于光子技术的函数波形产生具有良好的意义和价值。本项目围绕这一问题在全光时钟信号产生、光子任意波形合成和无本振的微波/三角波产生方面开展了研究工作，具体包括：1、理论分析并实验验证了一类时域综合产生微波任意波形的方案，即基于脉冲时域切割和叠加的任意波形产生方法。这一方法避免了传统傅里叶方法对谱线操控的困难，无需关注谐波分量间的相位和幅度关系，通过对时域包络的操控获得所需的波形，极大地简化了任意波形产生的难度，可以方便地得到矩形波、三角波和锯齿波等重要函数波形；2、对全光微波/时钟信号产生方法进行了研究，提出了一种纯光学反馈实现的微波光子信号产生方法。这一方法无需光电转换和电光调制，利用半导体光放大器的包络响应特性和布里渊散射的边带选择放大特性完成光子微波信号的产生。这一工作丰富了光子微波产生技术的内涵，也为单片可集成微波信号产生系统提供了新的思路；3、结合光电微波振荡器（OEO）和时域任意波形产生方法，将三角波产生嵌入OEO内，设计实现了多种无本振的微波/三角波信号产生系统，并取得良好的效果。项目研究已发表SCI、EI收录论文20篇，获得专利授权6项，2名博士和10名硕士研究生得到培养。研究成果将对微波光子技术和光电子系统的发展产生积极作用。